DE102010007727A1

DE102010007727A1 - Device in the form of a scanning microscope, device in the form of a structural unit for a microscope and method and device for optically scanning one or more samples

Info

Publication number: DE102010007727A1
Application number: DE201010007727
Authority: DE
Inventors: Bernd 69221 Widzgowski; Holger Dr. 74909 Birk; Volker Dr. 69226 Seyfried
Original assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-18
Also published as: CN102782557B; US20130003172A1; EP2534520A1; JP2013519908A; JP5779597B2; US9042010B2; WO2011098555A1; CN102782557A

Abstract

Eine Vorrichtung in Form eines Scan-Mikroskops hat eine Lichtquelle (42), die einen Beleuchtungslichtstrahl (32) aussendet. Eine Fokussieroptik (34) fokussiert den Beleuchtungslichtstrahl (32) auf einen zu untersuchenden Bereich einer Probe (36). Eine Aktoranordnung bewegt die Fokussieroptik (34) gemäß einem vorgegebenen Abtastmuster quer zu einer Mittelachse des Beleuchtungslichtstrahls (32) und/oder relativ zu einem Gehäuse einer Baueinheit (20) die die Fokussieroptik (34) umfasst.An apparatus in the form of a scanning microscope has a light source (42) emitting an illumination light beam (32). Focusing optics (34) focus the illumination light beam (32) onto a region of a sample (36) to be examined. An actuator arrangement moves the focusing optics (34) according to a predetermined scanning pattern transversely to a center axis of the illumination light beam (32) and / or relative to a housing of a structural unit (20) comprising the focusing optics (34).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach Art eines Scan-Mikroskops. Die Vorrichtung nach Art eines Scan-Mikroskops umfasst eine Lichtquelle, die einen Beleuchtungslichtstrahl aussendet. Eine Fokussieroptik fokussiert den Beleuchtungslichtstrahl auf einen zu untersuchenden Bereich einer Probe. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung in Form einer Baueinheit für ein Mikroskop und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum optischen Abtasten einer oder mehrerer Proben.The invention relates to a device in the manner of a scanning microscope. The scanning microscope-type device comprises a light source emitting an illuminating light beam. Focusing optics focus the illumination light beam onto a region of a sample to be examined. Furthermore, the invention relates to a device in the form of a unit for a microscope and a method and apparatus for optically scanning one or more samples.

Beim optischen Abtasten der Probe mit dem Scan-Mikroskop wird zu einem vorgegebenen Zeitpunkt lediglich ein ausgewählter punktförmiger oder zeilenförmiger Bereich der Probe optisch abgetastet. Dazu fokussiert eine Fokussieroptik des Mikroskops einen Beleuchtungslichtstrahl des Mikroskops auf den ausgewählten Bereich der Probe und detektiert den Anteil des Lichts, der von dem ausgewählten Bereich beispielsweise aufgrund von Fluoreszenzeffekten in der Probe zurückgeworfen wird. Die gewonnenen Bilddaten werden gespeichert. Nachfolgend werden weitere punktförmige bzw. zeilenförmige Bereiche untersucht, die vorzugsweise aneinander grenzen und beispielsweise eine Linie bzw. eine Fläche bilden. Auf diese Weise kann ein großer Bereich der Probe Punkt für Punkt und Zeile für Zeile optisch abgetastet werden. Die Daten der einzelnen Punkte werden nachfolgend mittels einer Datenverarbeitungsanlage zu einem Gesamtbild des untersuchten Bereichs der Probe zusammengesetzt.In optically scanning the sample with the scanning microscope, only a selected point or line portion of the sample is optically scanned at a given time. For this purpose, a focusing optics of the microscope focuses an illumination light beam of the microscope on the selected region of the sample and detects the proportion of the light that is reflected by the selected region, for example due to fluorescence effects in the sample. The acquired image data is saved. Subsequently, further punctiform or line-shaped regions are examined, which preferably adjoin one another and form, for example, a line or a surface. In this way, a large area of the sample can be optically scanned point by point and line by line. The data of the individual points are subsequently assembled by means of a data processing system to form an overall image of the examined region of the sample.

Es ist bekannt, zum Lenken des Beleuchtungslichtstrahls auf die einzelnen ausgewählten Bereiche den Beleuchtungslichtstrahl in dem Mikroskop über eine Scan-Vorrichtung mit mehreren Spiegeln abzulenken. Die Spiegel sind jeweils mit einem oder mehreren Aktoren gekoppelt. Ein Ansteuern der Aktoren bewirkt ein Verstellen der Spiegel, wodurch der Beleuchtungslichtstrahl umgelenkt wird. Der umgelenkte Beleuchtungslichtstrahl trifft nach Durchgang durch die Fokussieroptik auf den entsprechend ausgewählten Bereich der Probe.It is known to divert the illuminating light beam in the microscope via a scanning device with a plurality of mirrors for directing the illuminating light beam to the individual selected regions. The mirrors are each coupled to one or more actuators. A driving of the actuators causes an adjustment of the mirror, whereby the illumination light beam is deflected. The deflected illumination light beam strikes the appropriately selected area of the sample after passing through the focusing optics.

Derartige Scan-Mikroskope sind vielfach bekannt und aufgrund ihrer komplizierten Ausführungsform grundsätzlich sehr kostspielig. Die Bildqualität wird maßgeblich durch die Qualität der Optik des Mikroskops bestimmt. Diese muss für alle auftretenden Scanwinkel gute Abbildungseigenschaften, beispielsweise Farbkorrekturen, aufweisen.Such scanning microscopes are widely known and basically very expensive due to their complicated embodiment. The image quality is largely determined by the quality of the optics of the microscope. This must have good imaging properties, for example color corrections, for all scanning angles that occur.

Aus der DE 102 09 322 A1 sind eine Vorrichtung zum Ablenken eines Lichtstrahles und ein Scan-Mikroskop bekannt. Die Vorrichtung zum Ablenken des Lichtstrahles hat eine um eine erste Achse drehbare Einheit, die zwei zueinander ortsfeste Reflexionsflächen beinhaltet und die einen Lichtstrahl empfängt und an eine dritte Reflexionsfläche weiterleitet, die um eine zweite Achse, die senkrecht zur ersten Drehachse verläuft, drehbar ist. Die drehbare Einheit weist eine zu der ersten und zu der zweiten Reflexionsfläche ortsfeste weitere Reflexionsfläche auf, wobei die erste und die weitere Reflexionsfläche senkrecht zu der zweiten Reflexionsfläche angeordnet sind.From the DE 102 09 322 A1 For example, a device for deflecting a light beam and a scanning microscope are known. The device for deflecting the light beam has a unit rotatable about a first axis, which includes two mutually fixed reflection surfaces and which receives a light beam and transmits it to a third reflection surface, which is rotatable about a second axis which is perpendicular to the first axis of rotation. The rotatable unit has a further reflection surface which is stationary relative to the first and the second reflection surface, wherein the first and the further reflection surface are arranged perpendicular to the second reflection surface.

Aus der DE 100 33 549 A1 ist eine optische Anordnung zum Ablenken eines Lichtstrahls in zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander liegenden Richtungen bekannt. Die Anordnung hat zwei Spiegel, die jeweils mittels eines Drehantriebs um senkrecht zueinander liegende Achsen drehbar sind. Einem der Spiegel ist ein weiterer Spiegel in einer vorgegebenen Winkelposition drehfest zugeordnet.From the DE 100 33 549 A1 For example, an optical arrangement for deflecting a light beam in two substantially mutually perpendicular directions is known. The arrangement has two mirrors which are each rotatable about axes perpendicular to each other by means of a rotary drive. One of the mirrors is assigned a further mirror in a predetermined angular position rotatably.

Bei den bekannten konfokalen Mikroskopen werden mehrere Linsen und aufwändige Objektive verwendet. Dabei wird ein Beleuchtungslichtstrahl mittels Spiegeln, die mit galvanometrisch arbeitenden Stellelementen gekoppelt sind, über die Probe gerastert. Alternativ dazu ist auch die linsenfreie optische Nahfeldmikroskopie bekannt. Bei dieser wird eine extrem scharfe Spitze benötigt, die im Sub-Wellenlängen-Abstand über die Probe geführt wird und nur Informationen über die Oberfläche liefert.In the known confocal microscopes several lenses and complex lenses are used. In this case, an illumination light beam is scanned over the sample by means of mirrors which are coupled with galvanometrically operating control elements. Alternatively, lens-free near-field optical microscopy is also known. This requires an extremely sharp tip, which is passed over the sample at sub-wavelength distance and provides only information about the surface.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung in Form eines Scan-Mikroskops, eine Baueinheit für ein Mikroskop und ein Verfahren zum optischen Abtasten einer Probe zu schaffen, die auf einfache Weise ein günstiges optisches Abtasten einer Probe ermöglichen.It is an object of the present invention to provide a device in the form of a scanning microscope, a unit for a microscope and a method for optically scanning a sample, which easily allow a favorable optical scanning of a sample.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung in Form eines Scan-Mikroskops, mit einer Lichtquelle, die einen Beleuchtungslichtstrahl aussendet, einer Fokussieroptik, die den Beleuchtungslichtstrahl auf einen zu untersuchenden Bereich einer Probe fokussiert, und mit einer Aktoranordnung, die die Fokussieroptik gemäß einem vorgegebenen Abtastmuster quer zu einer Mittelachse des Beleuchtungslichtstrahls bewegt.According to a first aspect, the invention relates to a device in the form of a scanning microscope, comprising a light source emitting an illumination light beam, focusing optics which focus the illumination light beam onto a region of a sample to be examined, and an actuator arrangement comprising the focusing optics according to a scanning microscope predetermined scan pattern moves transversely to a central axis of the illumination light beam.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist eine bildgebende optische Vorrichtung. Insbesondere werden optische Merkmale einzelner Punkte der Proben in Form von Bilddaten erfasst und gespeichert und zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. Die Fokussieroptik entspricht vorzugsweise der Optik, die den Beleuchtungslichtstrahl als letztes vor Auftreffen auf die Probe absichtlich beeinflusst, insbesondere auf den aktuell zu untersuchenden Bereich der Probe fokussiert. Das Bewegen der Fokussieroptik quer zu der Mittelachse des Beleuchtungslichtstrahls und somit gegebenenfalls relativ zu einem Gehäuse, das die Fokussieroptik umfasst, ermöglicht es, besonders kostengünstige Bauelemente zu verwenden. Ferner können die bewegten Teile, insbesondere eine Linse der Fokussieroptik, verglichen mit herkömmlichen Scan-Spiegeln relativ leicht ausgebildet werden und können aufgrund der geringeren Masseträgheit schnell, einfach und präzise bewegt werden. Dies trägt zu einem günstigen optischen Abtasten der Probe bei. Vorzugsweise umfasst die Fokussieroptik zumindest eine Linse.The device according to the invention is an imaging optical device. In particular, optical features of individual points of the samples are captured in the form of image data and stored and assembled into an overall image. The focusing optics preferably corresponds to the optics which intentionally influences the illuminating light beam before impinging on the sample, in particular focusing on the region of the sample currently to be examined. Moving the focusing optics transverse to the central axis of the illumination light beam and thus optionally relative to a housing comprising the focusing optics makes it possible to use particularly inexpensive components. Furthermore, the moving parts, in particular a lens of the focusing optics, can be relatively easily formed compared with conventional scanning mirrors and can be moved quickly, simply and precisely due to the smaller mass inertia. This contributes to a favorable optical scanning of the sample. Preferably, the focusing optics comprises at least one lens.

Die Mittelachse des Beleuchtungslichtstrahls ist in diesem Zusammenhang und nachfolgend die Mittelachse des Beleuchtungslichtstrahls in einer Referenzposition der Mittelachse des Beleuchtungslichtstrahls. Beispielsweise kann die Fokussieroptik zusammen mit einem optischen Element, beispielsweise einer Lichtleitfaser, bewegt werden, das den Beleuchtungslichtstrahl auf die Fokussieroptik richtet. Dann bewegt sich die Mittelachse des Beleuchtungslichtstrahls zusammen mit der Fokussieroptik und die Fokussieroptik bewegt sich quer zu der Mittelachse des Beleuchtungslichtstrahls in der Referenzposition des Beleuchtungslichtstrahls. Die Mittelachse des Beleuchtungslichtstrahls befindet sich insbesondere in ihrer Referenzposition, wenn die Aktoranordnung nicht aktiv ist.The central axis of the illumination light beam in this context and subsequently the central axis of the illumination light beam is in a reference position of the central axis of the illumination light beam. For example, the focusing optics may be moved together with an optical element, for example an optical fiber, which directs the illuminating light beam onto the focusing optics. Then, the center axis of the illumination light beam moves together with the focusing optics, and the focusing optics moves transversely to the center axis of the illumination light beam in the reference position of the illumination light beam. The center axis of the illumination light beam is in particular in its reference position when the actuator arrangement is not active.

Auf herkömmliche aufgrund der Anforderungen an die Feldoptik sehr komplizierte Komponenten wie Objektiv, Tubus- oder Scanlinse kann verzichtet werden. Ferner können bezüglich Bildfeld (z. B. > 1 mm²), Arbeitsabstand (z. B. > 1 mm) und numerischer Apertur (z. B. > 0,7 in Luft) sehr gute Werte erreicht werden.Conventional due to the requirements of the field optics very complicated components such as lens, tube or scan lens can be dispensed with. Furthermore, with regard to image field (eg> 1 mm ² ), working distance (eg> 1 mm) and numerical aperture (eg> 0.7 in air) very good values can be achieved.

Die Erfindung betrifft gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung eine Vorrichtung in Form einer Baueinheit für ein Mikroskop. Sie umfasst ein Gehäuse, eine Fokussieroptik und eine Aktoranordnung. Die Fokussieroptik ist in dem Gehäuse angeordnet und fokussiert den Beleuchtungslichtstrahl auf den zu untersuchenden Bereich der Probe. Die Aktoranordnung bewegt die Fokussieroptik relativ zu dem Gehäuse, insbesondere gemäß einem vorgegebenen Abtastmuster.The invention relates according to a second aspect of the invention, a device in the form of a unit for a microscope. It comprises a housing, a focusing optics and an actuator arrangement. The focusing optics is arranged in the housing and focuses the illuminating light beam onto the region of the sample to be examined. The actuator arrangement moves the focusing optics relative to the housing, in particular according to a predetermined scanning pattern.

Falls der Beleuchtungslichtstrahl bezüglich des Gehäuses ortsfest ist, so bewegt die Aktoranordnung die Fokussieroptik auch quer zu der Mittelachse des Beleuchtungslichtstrahls. Die Baueinheit kann somit ein Bestandteil des Scan-Mikroskops sein. Alternativ dazu kann die Baueinheit auch als Objektiveinsatz für ein einfaches Mikroskop, das zunächst keine Scanfunktion hat, verwendet werden. Auf diese Weise kann ein herkömmliches Mikroskop ohne Abtastfunktion zu einem Scan-Mikroskop ausgebildet werden. Ferner kann die Baueinheit beispielsweise einzeln mit einem Stativ verwendet oder auf einer Plotter-ähnlichen Vorrichtung zum optischen Abtasten der Probe angeordnet werden und beispielsweise mittels einer Lichtleitfaser mit einer Auswertevorrichtung gekoppelt sein. Das Stativ kann dann von Hand bewegt werden, bzw. kann die Baueinheit mittels der Vorrichtung zum optischen Abtasten der Probe in einer Ebene beliebig bewegt werden, so dass mehrere Proben durch Verschieben der gesamten Baueinheit nacheinander abgetastet werden können. Alternativ dazu können an der Vorrichtung auch mehrere Baueinheiten angeordnet werden. Dies ermöglicht ein besonders schnelles Verarbeiten mehrerer Proben.If the illumination light beam is stationary relative to the housing, the actuator arrangement also moves the focusing optics transversely to the center axis of the illumination light beam. The assembly may thus be part of the scanning microscope. Alternatively, the assembly may also be used as an objective insert for a simple microscope that initially has no scan function. In this way, a conventional microscope without scanning function can be formed into a scanning microscope. Further, the assembly can be used, for example, individually with a tripod or arranged on a plotter-like device for optically scanning the sample and be coupled for example by means of an optical fiber with an evaluation device. The stand can then be moved by hand, or the assembly can be moved by means of the device for optically scanning the sample in a plane as desired, so that several samples can be scanned in succession by moving the entire assembly. Alternatively, a plurality of units may be arranged on the device. This allows a particularly fast processing of multiple samples.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst zumindest eine der Vorrichtungen eine Kollimationsoptik. Die Kollimationsoptik kollimiert den Beleuchtungslichtstrahl. Die Aktoranordnung bewegt die Fokussieroptik dann gemäß dem vorgegebenen Abtastmuster quer zu der Mittelachse des kollimierten Beleuchtungslichtstrahls. Insbesondere trifft der kollimierte Beleuchtungslichtstrahl auf die Fokussieroptik. Das Kollimieren des Beleuchtungslichtstrahls trägt auf einfache Weise zu einem besonders präzisen optischen Abtasten der Probe bei, da alle Strahlen gleichförmig auf die Fokussieroptik treffen und so Abbildungsfehler gering gehalten werden.In an advantageous embodiment, at least one of the devices comprises a collimating optics. The collimating optics collimates the illumination light beam. The actuator assembly then moves the focusing optics transversely to the central axis of the collimated illuminating light beam according to the predetermined scanning pattern. In particular, the collimated illumination light beam impinges on the focusing optics. The collimating of the illumination light beam contributes in a simple way to a particularly precise optical scanning of the sample, since all the rays strike the focusing optics uniformly and thus aberrations are kept small.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Projektion des kollimierten Beleuchtungslichtstrahls eine optische Fläche der Fokussieroptik vollständig überlappt, insbesondere an unterschiedlichen Positionen der Fokussieroptik, die die Fokussieroptik gemäß dem vorgegebenen Abtastmuster einnimmt. Somit ist die Fokussieroptik vorzugsweise zu jedem Zeitpunkt vollständig durch den kollimierten Beleuchtungslichtstrahl überleuchtet. Dies trägt dazu bei, Randeffekte zu vermeiden, die auftreten würden, wenn die Fokussieroptik nur teilweise überstrahlt wäre.In this context, it is particularly advantageous if a projection of the collimated illumination light beam completely overlaps an optical surface of the focusing optics, in particular at different positions of the focusing optics, which occupies the focusing optics according to the predetermined scanning pattern. Thus, the focusing optics is preferably completely over-illuminated by the collimated illuminating light beam at all times. This helps to avoid edge effects that would occur if the focusing optics were only partially outshined.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung in Form eines Scan-Mikroskops oder in Form einer Baueinheit einen Trägerkörper, über den die Fokussieroptik mit der Aktoranordnung gekoppelt ist. Dabei kann der Trägerkörper als Fassung für die Fokussieroptik dienen oder die Fassung für die Fokussieroptik tragen. Vorzugsweise umfasst der Trägerkörper eine Blende, die einen Anteil des Beleuchtungslichtstrahls ausblendet. Ferner ist vorzugsweise zwischen der Fokussieroptik und der Probe ein Frontglas angeordnet, das bezüglich der beweglichen Fokussieroptik ortsfest angeordnet ist. In anderen Worten bewegt die Aktoranordnung die Fokussieroptik relativ zu dem Frontglas. Ferner kann eine lichtundurchlässige Abschottung vorgesehen sein, die den Beleuchtungslichtstrahl und/oder die Fokussieroptik vor störendem Umgebungslicht schützt.In an advantageous embodiment, the device in the form of a scanning microscope or in the form of a structural unit comprises a carrier body, via which the focusing optics is coupled to the actuator arrangement. In this case, the carrier body can serve as a socket for the focusing optics or carry the socket for the focusing optics. Preferably, the carrier body comprises a diaphragm which blocks off a portion of the illumination light beam. Further, a front glass is preferably arranged between the focusing optics and the sample, which is arranged stationary with respect to the movable focusing optics. In other words, the actuator assembly moves the focusing optic relative to the front glass. Furthermore, an opaque partition may be provided which protects the illumination light beam and / or the focusing optics from disturbing ambient light.

Die Erfindung betrifft gemäß einem dritten Aspekt eine Vorrichtung zum optischen Abtasten einer, vorzugsweise mehrerer Proben. Die Vorrichtung umfasst die Baueinheit und einen Basiskörper, der eine Probenfläche hat zum Aufnehmen der einen oder mehreren Proben. Die Probenfläche kann beispielsweise Bestandteil eines Objekttisches sein. Die Baueinheit ist zumindest in einer Ebene parallel zur Probenfläche beweglich angeordnet. According to a third aspect, the invention relates to a device for optically scanning one, preferably a plurality of samples. The apparatus comprises the assembly and a base body having a sample surface for receiving the one or more samples. The sample surface may for example be part of an object table. The assembly is arranged to be movable at least in a plane parallel to the sample surface.

Beispielsweise ist ein Schienensystem zumindest auf einer Seite der Probenfläche angeordnet. Eine Laufschiene ist beweglich in dem Schienensystem gelagert. Die Laufschiene ist mittels des Schienensystems über die Proben fahrbar. Die Laufschiene ist vorzugsweise senkrecht zu dem Schienensystem ausgerichtet. Ferner ist die Baueinheit in der Laufschiene senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Laufschiene beweglich gelagert. Die Vorrichtung ermöglicht so, die gesamte Baueinheit an jede beliebige Stelle über der Probenfläche zu fahren. So können mehrere Proben nebeneinander untersucht werden, wobei dann mittels der Baueinheit jede einzelne Probe gescannt werden kann. Die Art und Weise, wie die Baueinheit bewegt wird, entspricht somit der Art und Weise, auf die ein Stift in einem Flächen-Plotter bewegt wird. Zusätzlich können mehrere Baueinheiten und eventuell mehrere Laufschienen vorgesehen sein, so dass mehrere Proben gleichzeitig untersucht werden können. Alternativ zu dem Schienensystem kann die Baueinheit auch mittels eines Knickarmes relativ zu den Proben bewegt werden.For example, a rail system is arranged at least on one side of the sample surface. A running rail is movably mounted in the rail system. The running rail can be moved over the samples by means of the rail system. The running rail is preferably aligned perpendicular to the rail system. Furthermore, the assembly is movably mounted in the running rail perpendicular to the direction of movement of the running rail. The device thus makes it possible to drive the entire assembly at any point above the sample surface. Thus, several samples can be examined side by side, in which case each unit can be scanned by means of the unit. The manner in which the assembly is moved thus corresponds to the manner in which a pen is moved in a surface plotter. In addition, several units and possibly more rails may be provided so that several samples can be examined simultaneously. As an alternative to the rail system, the assembly can also be moved relative to the samples by means of an articulated arm.

Die Erfindung betrifft gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum optischen Abtasten der Probe. Dabei wird der Beleuchtungslichtstrahl erzeugt und durch eine Fokussieroptik auf den zu untersuchenden Bereich der Probe fokussiert. Die Fokussieroptik wird mit Hilfe eines Aktors gemäß einem vorgegebenen Abtastmuster quer zu dem Beleuchtungslichtstrahl bewegt. Vorzugsweise wird der Beleuchtungslichtstrahl kollimiert und der kollimierte Beleuchtungslichtstrahl leuchtet vorzugsweise die gesamte optisch wirksame Fläche der Fokussieroptik aus.The invention according to a fourth aspect of the invention relates to a method for optically scanning the sample. In this case, the illumination light beam is generated and focused by focusing optics on the region of the sample to be examined. The focusing optics is moved by means of an actuator in accordance with a predetermined scanning pattern transversely to the illumination light beam. Preferably, the illumination light beam is collimated and the collimated illumination light beam preferably illuminates the entire optically effective area of the focusing optics.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings.

Es zeigen:Show it:

1 eine Baueinheit für ein Mikroskop, 1 a structural unit for a microscope,

2 ein Scan-Mikroskop mit der Baueinheit, 2 a scanning microscope with the assembly,

3 eine Maske und eine Linse der Baueinheit, 3 a mask and a lens of the assembly,

4 die Maske und die Linse gemäß 3 mit einer Projektion eines Beleuchtungslichtstrahls, 4 the mask and the lens according to 3 with a projection of an illumination light beam,

5 die Maske und die Linse gemäß 4 nach einer Bewegung der Linse gemäß einem vorgegebenen Abtastmuster, 5 the mask and the lens according to 4 after a movement of the lens according to a predetermined scanning pattern,

6 eine weitere Ausführungsform der Baueinheit, 6 a further embodiment of the structural unit,

7 eine weitere Ausführungsform des Scan-Mikroskops, 7 another embodiment of the scanning microscope,

8 ein Stativ mit der Baueinheit, 8th a tripod with the unit,

9 ein herkömmliches Mikroskop, 9 a conventional microscope,

10 das Mikroskop mit der Baueinheit als Objektiveinsatz, 10 the microscope with the assembly as a lens insert,

11 eine Vorrichtung zum optischen Abtasten einer Probe, 11 a device for optically scanning a sample,

12 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum optischen Abtasten einer Probe. 12 a block diagram of an apparatus for optically scanning a sample.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements of the same construction or function are identified across the figures with the same reference numerals.

1 zeigt eine Vorrichtung in Form einer Baueinheit 20, insbesondere eine Baueinheit 20, für ein Mikroskop. Das Mikroskop kann beispielsweise ein Scan-Mikroskop (2) oder ein Mikroskop 80 ohne Scanfunktion (9) sein. Die Baueinheit 20 umfasst ein Gehäuse 22. In dem Gehäuse 22 ist eine Fokussieroptik 24 angeordnet, die vorzugsweise eine Linse 62 (3) umfasst und die über einen Trägerkörper 26 mit einer Aktoranordnung gekoppelt ist. Der Trägerkörper 26 ist vorzugsweise als Fassung für die Linse 62 ausgebildet oder trägt die Fassung für die Linse 62. Die Linse 62 kann als Achromat oder als Linsen-Dublette ausgeführt sein. Die Aktoranordnung umfasst vorzugsweise elektromagnetische Stellelemente, beispielsweise Antriebsspulen 28, die mit dem Trägerkörper 26 fest gekoppelt sind und die erste Magnetfelder erzeugen. Alternativ dazu kann die Aktoranordnung beispielsweise auch piezoelektrische (bspw. mit Ultraschall), mechanische oder elektrostatische Stellelemente umfassen, wie zum Beispiel Spindeln, Fäden in Verbindung mit galvanometrisch arbeitenden Stellelementen und weitere. 1 shows a device in the form of a structural unit 20 , in particular a structural unit 20 , for a microscope. The microscope may, for example, be a scanning microscope ( 2 ) or a microscope 80 without scan function ( 9 ) be. The construction unit 20 includes a housing 22 , In the case 22 is a focusing optics 24 arranged, preferably a lens 62 ( 3 ) and that via a carrier body 26 is coupled with an actuator arrangement. The carrier body 26 is preferably as a socket for the lens 62 trained or carries the socket for the lens 62 , The Lens 62 can be designed as Achromat or as a lens doublet. The actuator arrangement preferably comprises electromagnetic control elements, for example drive coils 28 connected to the carrier body 26 are firmly coupled and generate the first magnetic fields. Alternatively, the actuator arrangement may, for example, also comprise piezoelectric (for example with ultrasound), mechanical or electrostatic adjusting elements, such as, for example, spindles, threads in conjunction with galvanometrically operating actuating elements and others.

Die Antriebsspulen 28 sind teilweise in oder zumindest nahe einem äußeren magnetischen Feld angeordnet, das vorzugsweise durch Permanentmagnete 29 der Aktoranordnung erzeugt wird. Abhängig von einem Stromfluss in den Antriebsspulen 28 werden die Antriebsspulen 28 in das äußere magnetische Feld hineingezogen oder davon abgestoßen, was eine Bewegung der Fokussieroptik 24 bewirkt. Das äußere magnetische Feld kann alternativ dazu durch weitere Spulen erzeugt werden.The drive coils 28 are partially disposed in or at least near an external magnetic field, preferably by permanent magnets 29 the actuator assembly is generated. Dependent on a current flow in the drive coils 28 become the drive coils 28 in the outer magnetic field pulled in or repelled, causing a movement of the focusing optics 24 causes. The external magnetic field may alternatively be generated by further coils.

Der Trägerkörper 26 mit der Fokussieroptik 24 ist über zumindest ein, vorzugsweise mehrere Halteelemente 30 in dem Gehäuse 22 aufgehängt. Die Halteelemente 30 sind beispielsweise durch einzelne Federstahldrähte oder durch Festkörpergelenke gebildet. Die Federstahldrähte können so ausgebildet sein, dass sie bei einer Biegebeanspruchung in eine erste Richtung eine andere Federkonstante haben als in eine zweite Richtung, die beispielsweise senkrecht auf der ersten Richtung steht. Dies ermöglicht es, die Fokussieroptik in die erste Richtung in einem Resonanzbereich schwingen zu lassen, ohne dass Resonanzeffekte in der zweiten Richtung auftreten. Ferner können die Federdrähte als Stromzufuhrleitungen für die Aktoranordnung genutzt werden. Dies spart Material, Platz im Gehäuse und Kosten.The carrier body 26 with the focusing optics 24 is over at least one, preferably a plurality of holding elements 30 in the case 22 suspended. The holding elements 30 are formed for example by individual spring steel wires or by solid joints. The spring steel wires may be configured to have a different spring rate in a first direction at a bending strain than in a second direction that is perpendicular to the first direction, for example. This makes it possible to oscillate the focusing optics in the first direction in a resonance range without causing resonance effects in the second direction. Furthermore, the spring wires can be used as power supply lines for the actuator assembly. This saves material, space in the housing and costs.

Bei bestimmungsgemäßem Einsatz der Baueinheit 20 wird über eine nicht dargestellte Öffnung des Gehäuses 22 ein Beleuchtungslichtstrahl 32 auf die Fokussieroptik 24 gerichtet. Vorzugsweise ist der Beleuchtungslichtstrahl 32 kollimiert. Ferner überdeckt der Beleuchtungslichtstrahl 32 vorzugsweise die gesamte optische wirksame Fläche der Linse 62 der Fokussieroptik 24, so dass für jede Rasterposition die gesamte Apertur der Linse 62 ausgenutzt wird.When using the unit as intended 20 is via an opening, not shown, of the housing 22 an illumination light beam 32 on the focusing optics 24 directed. Preferably, the illumination light beam 32 collimated. Furthermore, the illumination light beam covers 32 preferably the entire optical effective area of the lens 62 the focusing optics 24 , so that for each grid position the entire aperture of the lens 62 is exploited.

Der Trägerkörper 26 hat zusätzlich zu der Haltefunktion für die Fokussieroptik 24 die Funktion einer Maske und/oder Blende, so dass ein Teil des Beleuchtungslichtstrahls 32 durch den Trägerkörper 26 ausgeblendet wird, bevor er auf die Fokussieroptik 24 trifft. Die Fokussieroptik 24 fokussiert den Beleuchtungslichtstrahl 32 zu einem fokussierten Beleuchtungslichtstrahl 34 auf eine Probe 36. Die Probe 36 befindet sich auf eifern Objektträger 38. Ferner kann der Trägerkörper 26 vorteilhaft als Bestandteil eines Positionssensors genutzt werden. Beispielsweise kann auf einer Seite des Trägerkörpers 26 eine Lichtquelle angeordnet sein, die eine Ausnehmung in dem Trägerkörper 26 beleuchtet. In Beleuchtungsrichtung hinter der Ausnehmung ist beispielsweise ein lichtempfindlicher Sensor angeordnet, der abhängig von der Position des Trägerkörpers 26 unterschiedlich beleuchtet wird und sich so zum Feststellen der Position des Trägerkörpers 26 und damit der Fokussieroptik 24 eignet. Alternativ dazu kann auch ein anderer Positionssensor angeordnet sein, der beispielsweise optisch gemäß einem Encoder, elektrisch, kapazitiv oder magnetisch arbeitet.The carrier body 26 has in addition to the holding function for the focusing optics 24 the function of a mask and / or aperture, so that a part of the illumination light beam 32 through the carrier body 26 is faded out before focusing on the focusing optics 24 meets. The focusing optics 24 focuses the illumination light beam 32 to a focused illumination light beam 34 on a sample 36 , The sample 36 is on a slide 38 , Furthermore, the carrier body 26 can be advantageously used as part of a position sensor. For example, on one side of the carrier body 26 be arranged a light source, which is a recess in the carrier body 26 illuminated. In the illumination direction behind the recess, for example, a photosensitive sensor is arranged, which depends on the position of the carrier body 26 is illuminated differently and so to determine the position of the carrier body 26 and thus the focusing optics 24 suitable. Alternatively, it is also possible to arrange another position sensor which operates, for example, optically according to an encoder, electrically, capacitively or magnetically.

Die Fokussieroptik 24 kann durch entsprechendes Ansteuern der Aktoren der Aktoranordnung in einer Ebene senkrecht zu dem Beleuchtungslichtstrahl 32 also quer zu der Mittelachse des Beleuchtungslichtstrahls 32 und relativ zu dem Gehäuse 22 bewegt werden. Dabei sind die Aktoren vorzugsweise so ausgebildet, dass die Fokussieroptik 24 senkrecht zu einer Richtung z, entlang der sich der Beleuchtungslichtstrahl 32 erstreckt, bewegt werden. Wird die Fokussieroptik 24 bewegt, so bewegt sich auch der fokussierte Beleuchtungslichtstrahl 34 und damit der Punkt, auf den der Beleuchtungslichtstrahl 32 fokussiert ist. Alternativ dazu kann der Beleuchtungslichtstrahl 32 auch auf eine Zeile fokussiert sein, beispielsweise bei Verwendung eines Zeilenscanners. Durch Bewegen der Fokussieroptik 24 wird so nach und nach ein gesamter zu untersuchender Bereich der Probe 36 optisch abgetastet. Dabei kann über einzelnen Bereichen beliebig lang verweilt werden, beispielsweise um unterschiedliche optische Effekte zu erkennen. Teilweise reflektiert die Probe das Beleuchtungslicht als Detektionslicht. Ferner emittiert die Probe Fluoreszenzstrahlung, die alternativ oder zusätzlich zu dem reflektierten Licht detektiert wird. Die Daten, die beim optischen Abtasten gesammelt werden, werden vorzugsweise mittels einer Datenverarbeitungsanlage zu einem vollständigen Bild zusammengesetzt. Die Scan-Bewegung kann durch entsprechendes Ansteuern der Aktoren vorteilhaft zumindest in eine Richtung resonant erfolgen. Dies ermöglicht ein Abtasten von beispielsweise über 500 Zeilen in einer Sekunde. Der maximale Hub der Bewegung liegt beispielsweise zwischen 0,05 und 0,1 mm.The focusing optics 24 can by appropriate driving the actuators of the actuator assembly in a plane perpendicular to the illumination light beam 32 ie transverse to the central axis of the illumination light beam 32 and relative to the housing 22 to be moved. The actuators are preferably designed so that the focusing optics 24 perpendicular to a direction z, along which the illuminating light beam 32 extends, be moved. Will the focusing optics 24 moves, so also moves the focused illumination light beam 34 and thus the point to which the illuminating light beam 32 is focused. Alternatively, the illumination light beam 32 also be focused on one line, for example when using a line scanner. By moving the focusing optics 24 gradually becomes an entire area of the sample to be examined 36 optically scanned. It can be indefinitely lingered over individual areas, for example, to detect different optical effects. Partially, the sample reflects the illumination light as detection light. Furthermore, the sample emits fluorescence radiation that is detected alternatively or in addition to the reflected light. The data collected in the optical scanning is preferably assembled into a complete image by means of a data processing system. The scan movement can advantageously take place by appropriate activation of the actuators resonantly at least in one direction. This allows scanning of, for example, over 500 lines in one second. The maximum stroke of the movement is for example between 0.05 and 0.1 mm.

Mikroskopieverfahren, bei denen die erfindungsgemäßen Vorrichtungen anwendbar ist, oder dabei auftretende mit der Baueinheit 20 zu beobachtende Effekte sind beispielsweise SRS (Stimulierter Raman-Streung), FLIM (Fluoreszenz Lifetime Imaging), SHG (Second Harmonic Generation), FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching), FREI (Fluoreszenz Resonanz Energie Transfer) und FCS (Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie).Microscopy method in which the inventive devices is applicable, or occurring with the unit 20 observed effects include SRS (Stimulated Raman Strain), FLIM (Fluorescence Lifetime Imaging), SHG (Second Harmonic Generation), FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching), FREI (Fluorescence Resonance Energy Transfer) and FCS (Fluorescence Correlation Spectroscopy) ).

Die Fokussieroptik 24 wird vorzugsweise gemäß einem vorgegebenen Abtastmuster bewegt. Das vorgegebene Abtastmuster ist beispielsweise mäanderförmig. So wird beispielsweise zunächst eine erste Scan-Bewegung in x-Richtung durchgeführt. Danach wird nach einem geringen Verschieben der Fokussieroptik 24 in y-Richtung die Probe erneut in x-Richtung abgetastet, und zwar entgegengesetzt zu der ersten Scan-Bewegung. Dies wird so lange wiederholt, bis der gesamte zu untersuchende Bereich der Probe 36 abgetastet ist.The focusing optics 24 is preferably moved according to a predetermined scanning pattern. The predetermined scanning pattern is meandering, for example. Thus, for example, first a first scan movement in the x direction is performed. Thereafter, after a slight shift of the focusing optics 24 In the y-direction, the sample is scanned again in the x-direction, in contrast to the first scan movement. This is repeated until the entire area of the sample to be examined 36 is scanned.

Zusätzlich kann die Fokussieroptik 24 auch entlang des Beleuchtungslichtstrahls 32, also parallel zur Richtung z bewegt werden. Dies ermöglicht, einen dreidimensionalen Bereich innerhalb der Probe 36 optisch abzutasten, insbesondere bei einem Konfokalmikroskop.In addition, the focusing optics 24 also along the illumination light beam 32 , So be moved parallel to the direction z. This allows a three-dimensional area within the sample 36 optically scan, especially in a confocal microscope.

Optional ist zwischen der Fokussieroptik 24 und der Probe 36 ein Frontglas 54 angeordnet (6), das die Fokussieroptik 24 vor Staub, Schmutz und anderen Einflüssen schützt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein Immersionsmedium zwischen der Probe 36 und der Fokussieroptik 24 verwendet wird. Bevorzugt ist das Frontglas 54 mikroskopisch rau ausgebildet, so dass das Immersionsmedium gut daran haftet, die optischen Eigenschaften jedoch möglichst wenig beeinträchtigt sind. Falls das Immersionsmedium verwendet wird und kein Frontglas 54 angeordnet ist, so muss die Fokussieroptik 24 entsprechend robust ausgebildet sein. Scherkräfte zwischen der bewegten Fokussieroptik 24 und dem Immersionsmedium können gering gehalten werden, indem ein Arbeitsabstand zwischen der Probe 36 und der Fokussieroptik 24 vergrößert wird. Ein Durchmesser der Linse 62 sollte entsprechend angepasst werden, um die gleiche numerische Apertur zu erreichen. Das Immersionsmedium hat vorzugsweise eine besonders geringe Viskosität, es kann sogar ein deformierbares, festes gelartiges Immersionsmedium verwendet werden. Der Brechungsindex des Immersionsmediums entspricht vorzugsweise dem der Linse 62 oder dem des Frontglases 54. Optionally is between the focusing optics 24 and the sample 36 a front glass 54 arranged ( 6 ), which is the focusing optics 24 protects against dust, dirt and other influences. This is particularly advantageous when an immersion medium is between the sample 36 and the focusing optics 24 is used. The front glass is preferred 54 formed microscopically rough, so that the immersion medium adheres well, the optical properties are impaired as little as possible. If the immersion medium is used and no front glass 54 is arranged, so must the focusing optics 24 be designed to be robust. Shear forces between the moving focusing optics 24 and the immersion medium can be kept low by a working distance between the sample 36 and the focusing optics 24 is enlarged. A diameter of the lens 62 should be adjusted accordingly to achieve the same numerical aperture. The immersion medium preferably has a particularly low viscosity, even a deformable, solid gel-like immersion medium can be used. The refractive index of the immersion medium preferably corresponds to that of the lens 62 or the front glass 54 ,

2 zeigt eine Vorrichtung nach Art eines Scan-Mikroskops, insbesondere ein Scan-Mikroskop. Das Scan-Mikroskop umfasst eine Lichtquelle 42, beispielsweise einen oder mehrere Laser, und ein Gehäuse 40 für die Komponenten des Scan-Mikroskops. Das Licht der Lichtquelle 42 wird über einen Strahlteiler 44 hin zu der Baueinheit 20 abgelenkt. Der Strahlteiler 44 ist beispielsweise ein dichroitischer Spiegel. Die Lichtquelle 42 ist beispielsweise ein Laser, insbesondere eine Laserdiode. Das Licht tritt durch eine nicht dargestellte Öffnung in dem Gehäuse 40 des Scan-Mikroskops und durch die Öffnung in dem Gehäuse 22 der Baueinheit 20 und trifft dort auf die Fokussieroptik 24. Das von der Probe 36 ausgehende Licht ist grundsätzlich aufgrund unterschiedlicher bekannter physikalischer Effekte zu dem Beleuchtungslicht wellenlängenverschoben und verläuft in entgegen gesetzter Richtung und parallel zu dem Beleuchtungslichtstrahl 32 und tritt durch den Strahlteiler 44, insbesondere den dichroitischen Spiegel. Ein von der Probe ausgehender Detektionslichtstrahl 46 kann so hinter dem Strahlteiler 44 von dem Beleuchtungslichtstrahl 32 getrennt werden. Der Detektionslichtstrahl 46 kann auf eine Detektionslinse 48 und über eine Detektionsblende 50 auf einen Detektor 52 gerichtet werden. Die Detektionsblende 50 kann auch als Detektionspinhole bezeichnet werden. Die Detektionsblende 50 kann optional auch größenverstellbar und/oder bewegbar ausgebildet sein. Der Detektor 52 ist dann vorzugsweise mit der Datenverarbeitungsanlage gekoppelt. Als Detektor 52 eignen sich beispielsweise Si-Dioden, APD-Arrays oder PMTs. 2 shows a device in the manner of a scanning microscope, in particular a scanning microscope. The scanning microscope includes a light source 42 , For example, one or more lasers, and a housing 40 for the components of the scanning microscope. The light of the light source 42 is via a beam splitter 44 towards the unit 20 distracted. The beam splitter 44 is, for example, a dichroic mirror. The light source 42 is for example a laser, in particular a laser diode. The light passes through an opening, not shown, in the housing 40 of the scanning microscope and through the opening in the housing 22 the building unit 20 and there meets the focusing optics 24 , That from the sample 36 Outgoing light is fundamentally wavelength-shifted due to different known physical effects to the illumination light and runs in the opposite direction and parallel to the illumination light beam 32 and passes through the beam splitter 44 , especially the dichroic mirror. A detection light beam emanating from the sample 46 can be so behind the beam splitter 44 from the illumination light beam 32 be separated. The detection light beam 46 can on a detection lens 48 and via a detection panel 50 on a detector 52 be directed. The detection panel 50 can also be called a detection pinhole. The detection panel 50 Optionally, it can also be designed to be adjustable in size and / or movable. The detector 52 is then preferably coupled to the data processing system. As a detector 52 For example, Si diodes, APD arrays or PMTs are suitable.

Als Lichtquelle 42 können alle für die Konfokalmikroskopie bekannten Lichtquellen verwendet werden. Im Hinblick auf eine besonders kompakte Bauweise eignen sich Laserdioden verschiedener Wellenlängen. Aber auch beliebige andere (Laser-)Lichtquellen können, bevorzugt mittels Faserkopplung verwendet werden.As a light source 42 For example, all known light sources for confocal microscopy can be used. With regard to a particularly compact design, laser diodes of different wavelengths are suitable. But also any other (laser) light sources can be used, preferably by means of fiber coupling.

3 zeigt eine Draufsicht auf eine Linse 62 der Fokussieroptik 24. Die Linse 62 ist zumindest teilweise durch eine Maske 60 überdeckt, die beispielsweise durch den Trägerkörper 26 gebildet sein kann. 4 zeigt die Maske 60 und die Linse 62 bei bestimmungsgemäßem Einsatz der Baueinheit, wobei die Linse 62 vollständig durch eine Projektion 64 des Beleuchtungslichtstrahls 32 überdeckt ist. Wird nun die Fokussieroptik 24, insbesondere die Linse 62 zusammen mit der Maske 60 gemäß dem vorgegebenen Abtastmuster quer zu der Mittelachse des Beleuchtungslichtstrahls 32 bewegt, so verschieben sich die Maske 60 und die Linse 62 relativ zu der Projektion 64 des Beleuchtungslichtstrahls 32 (5). 3 shows a plan view of a lens 62 the focusing optics 24 , The Lens 62 is at least partially through a mask 60 covered, for example, by the carrier body 26 can be formed. 4 shows the mask 60 and the lens 62 when using the unit as intended, the lens 62 completely through a projection 64 of the illumination light beam 32 is covered. Will now the focusing optics 24 , especially the lens 62 together with the mask 60 according to the predetermined scanning pattern transverse to the center axis of the illumination light beam 32 moves, so move the mask 60 and the lens 62 relative to the projection 64 of the illumination light beam 32 ( 5 ).

7 zeigt eine Ausführungsform des Scan-Mikroskops, bei der ein Teil der Optik durch eine Lichtleitfaser 72 ersetzt wird. Dabei dient die Lichtleitfaser 72 zum Leiten des Beleuchtungslichtstrahls 32, sowie zum Aufnehmen des Detektionslichtstrahls 46. Diese Ausführungsform ermöglicht, den Teil des Scan-Mikroskops, der die Baueinheit 20 umfasst, besonders leicht und flexibel, beispielsweise als „Handheld”-Einheit auszubilden, da der Rest des Scan-Mikroskops dann in einem weiteren, beispielsweise stationären Gehäuse untergebracht sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann der Detektionslichtstrahl 46 über eine eigene Lichtleitfaser zu dem Detektor 52 geleitet werden. Ferner können die Lichtleitfasern auch als Blenden, insbesondere als Pinholes dienen. 7 shows an embodiment of the scanning microscope, in which a part of the optics by an optical fiber 72 is replaced. The optical fiber serves 72 for guiding the illumination light beam 32 , as well as for receiving the detection light beam 46 , This embodiment allows the part of the scanning microscope, the assembly 20 includes, particularly light and flexible, for example, as a "handheld" form unit, since the rest of the scanning microscope can then be housed in another, for example, stationary housing. Alternatively or additionally, the detection light beam 46 via its own optical fiber to the detector 52 be directed. Furthermore, the optical fibers can also serve as diaphragms, in particular as pinholes.

Alternativ dazu kann gemäß 8 die Baueinheit 20 unabhängig von dem Scan-Mikroskop verwendet werden, beispielsweise in Verbindung mit einem Stativ 74, das ein ruhiges Ausrichten der Baueinheit 20 über der Probe 36 ermöglicht. In diesem Ausführungsbeispiels hat das Stativ 74 drei Beine, die an ihren Füßen Spitzen aufweisen. Das Stativ 74 kann aber auch anders ausgebildet sein und beispielsweise mehr oder weniger Beine oder andere Füße haben und/oder höhenverstellbar sein. Die Baueinheit 20 kann dann beispielsweise über eine Steuerleitung 70 mit einer Steuereinheit 76 gekoppelt sein, die vorzugsweise die Datenverarbeitungsanlage, die Lichtquelle 42 und/oder den Detektor 52 umfasst. Die Steuerleitung 70 umfasst dann eine Datenleitung bzw. zumindest eine Lichtleitfaser zum Übertragen der Daten bzw. zum Leiten des Beleuchtungslichts und/oder des Detektionslichts. Ferner umfasst die Steuereinheit 76 ein Display 77, auf dem das Bild der Probe 36 dargestellt wird, eine Eingabevorrichtung 78 und vorzugsweise einen Anschluss 79 für weitere Geräte. Zusätzlich kann die Steuereinheit 76 den Laser 42, insbesondere eine Laserdiode und/oder den Detektor 52 umfassen. Alternativ dazu kann die Datenauswertung in dem Objektiv erfolgen, beispielsweise über eine miniaturisierte Recheneinheit, insbesondere einen ASIC. Die Daten können dann über die Steuerleitung 70 und/oder über einen USB-Anschluß ausgelesen werden.Alternatively, according to 8th the structural unit 20 be used independently of the scanning microscope, for example in conjunction with a tripod 74 that is a quiet alignment of the unit 20 over the sample 36 allows. In this embodiment, the tripod has 74 three legs that have tips at their feet. The tripod 74 but may also be designed differently and, for example, have more or less legs or other feet and / or be height adjustable. The construction unit 20 can then, for example, via a control line 70 with a control unit 76 be coupled, preferably the data processing system, the light source 42 and / or the detector 52 includes. The control line 70 then comprises a data line or at least one optical fiber for transmitting the data or for guiding the illumination light and / or the detection light. Furthermore, the control unit comprises 76 a display 77 on which the picture of the sample 36 is shown an input device 78 and preferably a port 79 For other devices. In addition, the control unit 76 the laser 42 , in particular a laser diode and / or the detector 52 include. Alternatively, the data evaluation can take place in the objective, for example via a miniaturized arithmetic unit, in particular an ASIC. The data can then be sent via the control line 70 and / or read via a USB port.

Bei einem Mikroskop 80 ohne Scanfunktion (9) kann die Baueinheit 20 einfach als Objektiveinsatz verwendet werden. So kann auf einfache Weise jedes Mikroskop ohne Scanfunktion in ein Scan-Mikroskop umgewandelt werden. Die nötigen Kabel können innerhalb des Mikroskops 80 verlegt werden oder die Baueinheit 20 kann mit der Steuereinheit 76 und dem Mikroskop 80 gekoppelt werden (10).In a microscope 80 without scan function ( 9 ) can the unit 20 easy to use as a lens insert. This makes it easy to convert any microscope without a scan function into a scanning microscope. The necessary cables can be inside the microscope 80 be relocated or the unit 20 can with the control unit 76 and the microscope 80 be coupled ( 10 ).

Alternativ dazu kann gemäß 11 die Baueinheit 20 so auf eine Vorrichtung zum optischen Abtasten einer oder mehrerer Proben montiert werden, dass die gesamte Baueinheit 20 in einer Ebene parallel zur Probenfläche verschoben werden kann. Eine derartige Vorrichtung umfasst vorzugsweise die Baueinheit 20 und einen Basiskörper 82, der eine Probenfläche hat zum Aufnehmen einer oder mehrerer Proben 36. Dazu kann die Probenfläche Mulden, Einschübe und/oder Anschläge aufweisen. Ein Schienensystem 84 ist zumindest auf einer Seite der Probenfläche angeordnet. Eine Laufschiene 86 ist senkrecht zu dem Schienensystem ausgerichtet und beweglich in dem Schienensystem 84 gelagert. Die Laufschiene 86 ist mittels des Schienensystems 84 über die Proben 36 fahrbar. Ferner ist die Baueinheit 20 in der Laufschiene 86 senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Laufschiene 86 beweglich gelagert. Die Vorrichtung ermöglicht so, die gesamte Baueinheit 20 an jede beliebige Stelle über der Probenfläche zu fahren. So können mehrere Proben 36 nebeneinander untersucht werden, wobei dann mittels der Baueinheit 20 jede einzelne Probe 36 gescannt werden kann. Die Art und Weise, wie die Baueinheit 20 bewegt wird, entspricht somit der Art und Weise, auf die ein Stift in einem Flächen-Plotter bewegt wird. Zusätzlich können mehrere Baueinheiten 20 und eventuell mehrere Laufschienen 86 vorgesehen sein, so dass mehrere Proben 36 gleichzeitig untersucht werden können. Alternativ zu dem Schienensystem 84 kann die Baueinheit 20 auch mittels eines Knickarmes über die Proben 36 bewegt werden. Ferner können auch große Proben untersucht werden, beispielsweise mittels Stitching.Alternatively, according to 11 the structural unit 20 be mounted on a device for optically scanning one or more samples that the entire assembly 20 can be moved in a plane parallel to the sample surface. Such a device preferably comprises the structural unit 20 and a base body 82 having a sample surface for receiving one or more samples 36 , For this purpose, the sample surface can have depressions, inserts and / or stops. A rail system 84 is arranged at least on one side of the sample surface. A running track 86 is oriented perpendicular to the rail system and movable in the rail system 84 stored. The track 86 is by means of the rail system 84 about the samples 36 mobile. Furthermore, the unit is 20 in the track 86 perpendicular to the direction of movement of the track rail 86 movably mounted. The device thus allows the entire assembly 20 to drive to any position above the sample surface. So can several samples 36 be examined side by side, in which case by means of the unit 20 every single sample 36 can be scanned. The way, how the unit 20 is thus the manner in which a pen is moved in a surface plotter. In addition, several units can be used 20 and possibly several rails 86 be provided so that several samples 36 can be studied simultaneously. Alternative to the rail system 84 can the unit 20 also by means of an articulated arm over the samples 36 to be moved. Furthermore, large samples can also be examined, for example by means of stitching.

12 zeigt ein Blockschaltbild der Baueinheit 20, des Gehäuses 40 der Komponenten des Scan-Mikroskops, einer Bilderzeugungseinheit 94 und des Displays 77. Die Baueinheit 20 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel zumindest die Fokussieroptik 24, den Trägerkörper 26 und die Aktoranordnung zum Bewegen des Trägerkörpers 26. Die Komponenten des Scan-Mikroskops sind beispielsweise die Lichtquelle 42 und der Detektor 52. Die mit dem Detektor 52 erfassten Bilddaten der einzelnen Bildpunkte werden an die Bilderzeugungseinheit 94 gesendet und dort zu einem Gesamtbild zusammengesetzt, das dann auf dem Display 77 dargestellt wird. 12 shows a block diagram of the unit 20 , of the housing 40 the components of the scanning microscope, an image forming unit 94 and the display 77 , The construction unit 20 includes in this embodiment, at least the focusing optics 24 , the carrier body 26 and the actuator assembly for moving the carrier body 26 , The components of the scanning microscope are, for example, the light source 42 and the detector 52 , The with the detector 52 acquired image data of the individual pixels are sent to the image generation unit 94 sent and assembled there to a total picture, which then on display 77 is pictured.

Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Ferner kann die Baueinheit 20 mit der bewegbaren Fokussieroptik 24 für beliebige Mikroskope verwendet werden. Der Beleuchtungslichtstrahl 32 kann beispielsweise über eine Lichtleitfaser in die Baueinheit 20 eingekoppelt werden. Das Faserende kann dann optional als Anregungs- und Detektionspinhole dienen. Ferner kann das Faserende der Lichtleitfaser mit der Fokussieroptik 34 mitbewegt werden. Diese Bewegung und insbesondere die Bewegung der Fokussieroptik 34 erfolgt dann nicht relativ zu der Mittelachse des Beleuchtungslichtstrahls 32, da sich diese mit der Lichtleitfaser und der Fokussieroptik 34 bewegt, sondern relativ zu dem Gehäuse 22 der Baueinheit 20. Anders ausgedrückt kann eine Referenzposition des Beleuchtungslichtstrahls 32 definiert werden, beispielsweise die Position des Beleuchtungslichtstrahls 32, bei nicht angesteuerten Aktoren, und die Fokussieroptik 34 wird dann quer zu der Mittelachse des Beleuchtungslichtstrahls 32 in seiner Referenzposition bewegt. Die Baueinheit 20 kann auch als ein Objektiv eines Objektivrevolvers mit ansonsten herkömmlichen Objektiven verwendet werden. Insbesondere können auch zwei Baueinheiten 20 als Objektive für den Objektivrevolver verwendet werden, wobei dann eines ohne Immersionsmedium als „schnelles” Objektiv und eines mit Immersionsmedium, insbesondere mit einem internen und/oder externen Immersionsmedium, das innerhalb der Baueinheit 20 bzw. außerhalb der Baueinheit 20 angeordnet sein kann, als „hochauflösendes” Objektiv verwendet werden kann. Ferner kann die Baueinheit 20 als Konfokal-Modul an einem Kamera-Port (C-Mount) oder als Handheld-Einheit verwendet werden. Das Mikroskop kann eine Autofokusfunktion aufweisen. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform können auch der Detektor 52 und/oder die Lichtquelle 42 mit der Linse bewegt werden. Auch hierbei erfolgt dann die Bewegung der Fokussieroptik 34 nicht relativ zu der Mittelachse des Beleuchtungslichtstrahls 32 sondern relativ zu dem Gehäuse 22 der Baueinheit 20. Ferner eignet sich die Baueinheit 20 auch zur Verwendung in einem nicht konfokal arbeitenden Mikroskop, das dann entsprechende für diesen Betrieb geeignete Detektoren haben kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine Linse der Fokussieroptik 34 konkav ausgebildet sein, wodurch die numerische Apertur der Fokussieroptik 34 vergrößert wird, was zu einer höheren Auflösung des Mikroskops beiträgt.The invention is not limited to the specified embodiments. For example, the different embodiments can be combined. Furthermore, the structural unit 20 with the movable focusing optics 24 be used for any microscope. The illumination light beam 32 For example, via an optical fiber in the unit 20 be coupled. The fiber end may then optionally serve as an excitation and detection pinhole. Furthermore, the fiber end of the optical fiber with the focusing optics 34 be moved. This movement and in particular the movement of the focusing optics 34 then does not take place relative to the central axis of the illumination light beam 32 , as these with the optical fiber and the focusing optics 34 moved, but relative to the housing 22 the building unit 20 , In other words, a reference position of the illumination light beam 32 be defined, for example, the position of the illumination light beam 32 , with non-actuated actuators, and the focusing optics 34 then becomes transverse to the center axis of the illumination light beam 32 moved in its reference position. The construction unit 20 can also be used as a lens objective lens with otherwise conventional lenses. In particular, two units can also be used 20 be used as lenses for the nosepiece, in which case one without immersion medium as a "fast" lens and one with immersion medium, in particular with an internal and / or external immersion medium, within the assembly 20 or outside the unit 20 can be arranged as a "high-resolution" lens can be used. Furthermore, the structural unit 20 used as a confocal module on a camera port (C-mount) or as a handheld unit. The microscope may have an autofocus function. In a further alternative embodiment, the detector may also be used 52 and / or the light source 42 be moved with the lens. Again, then the movement of the focusing optics 34 not relative to the center axis of the illumination light beam 32 but relative to the housing 22 the building unit 20 , Furthermore, the unit is suitable 20 also for use in a non-confocal microscope, which may then have appropriate detectors suitable for this operation. Alternatively or additionally, a lens of the focusing optics 34 be formed concave, whereby the numerical aperture of the focusing optics 34 is increased, which contributes to a higher resolution of the microscope.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

2020: Baueinheitunit
2222: Gehäuse BaueinheitHousing unit
2424: Fokussieroptikfocusing optics
2626: Trägerkörpersupport body
2828: Antriebsspulendriving coils
2929: Permanentmagnetepermanent magnets
3030: Halteelementretaining element
3232: BeleuchtungslichtstrahlIlluminating light beam
3434: fokussierter Beleuchtungslichtstrahlfocused illumination beam
3636: Probesample
3838: Probenträgersample carrier
4040: Gehäuse Komponenten Scan-MikroskopHousing components scan microscope
4242: Lichtquellelight source
4444: Strahlteilerbeamsplitter
4646: DetektionslichtstrahlDetection light beam
4848: Detektionslinsedetecting lens
5050: Detektionsblendedetection aperture
5252: Detektordetector
5454: Frontglasfront glass
6060: Maskemask
6262: Linselens
6464: Projektion des BeleuchtungslichtstrahlsProjection of the illumination light beam
7070: Steuerleitungcontrol line
7272: Lichtleitfaseroptical fiber
7474: Stativtripod
7676: Steuereinheitcontrol unit
7777: Displaydisplay
7878: Eingabeeinheitinput unit
7979: Anschlussconnection
8080: Mikroskopmicroscope
8282: Basiskörperbase body
8484: Schienensystemrail system
8686: Laufschienerunner
9494: BilderzeugungseinheitImaging unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10209322 A1 [0005]
DE 10033549 A1 [0006]

Claims

Device in the form of a scanning microscope, with a light source ( 42 ), which emit an illuminating light beam ( 32 ), a focusing optics ( 34 ), which illuminates the illumination light beam ( 32 ) on a region of a sample to be examined ( 36 ), and with an actuator arrangement, the focusing optics ( 34 ) according to a predetermined scanning pattern transverse to a center axis of the illumination light beam (US Pat. 32 ) in a reference position of the illumination light beam ( 32 ) emotional.

Device in the form of a unit for a microscope, comprising a housing ( 22 ), a focusing optics ( 34 ) in the housing ( 22 ) is arranged and when used as intended, an illumination light beam ( 32 ) on a region of a sample to be examined ( 36 ), and with an actuator arrangement, the focusing optics ( 34 ) relative to the housing ( 22 ) emotional.

Apparatus according to claim 1 or 2, comprising collimating optics which illuminate the illumination light beam ( 32 ) and in which the actuator arrangement controls the focusing optics ( 34 ) according to the predetermined scanning pattern transverse to the central axis of the collimated illumination light beam (US Pat. 32 ) emotional.

Device according to one of the preceding claims, wherein the actuator arrangement, the focusing optics ( 34 ) in a first spatial direction (x) and in a second spatial direction (y) transversely to the central axis of the illumination light beam ( 32 ) and / or wherein the actuator arrangement, the focusing optics ( 34 ) in a third spatial direction (z) along the central axis of the illumination light beam (FIG. 32 ) emotional.

Device according to one of the preceding claims, in which a projection of the collimated illumination light beam ( 32 ) an optically effective surface of the focusing optics ( 34 ) completely overlapped.

Device according to Claim 5, in which the projection of the collimated illuminating light beam ( 32 ) the optically effective surface of the focusing optics ( 34 ) at different positions of the focusing optics ( 34 ), which the focusing optics ( 34 ) according to the predetermined scanning pattern, completely overlapped.

Device according to one of the preceding claims, in which the focusing optics ( 34 ) via a carrier body ( 26 ) is coupled to the actuator assembly and in which the carrier body ( 26 ) comprises an aperture which forms a portion of the illumination light beam ( 32 ) hides.

Device according to one of the preceding claims, comprising a front glass which is arranged between the focusing optics ( 34 ) and the sample ( 36 ) is arranged and with respect to the movable focusing optics ( 34 ) is arranged stationary.

Device according to one of the preceding claims, comprising an opaque partition which blocks the illuminating light beam ( 32 ) and / or the focusing optics ( 34 ) protects against disturbing ambient light.

Device according to one of the preceding claims, in which the focusing optics ( 34 ) or the carrier body ( 26 ) via at least one retaining element ( 30 ) with the housing ( 22 ) is movably coupled.

Device according to one of the preceding claims, comprising an image-forming unit ( 94 ) provided with a detector ( 52 ) is coupled to detect a detection light beam ( 46 ), of the sample ( 36 ) and the image data of several areas to be examined is combined to form an overall image.

Device for optically scanning one or more samples ( 36 ), with the device according to one of the preceding claims, a base body ( 82 ) having a sample surface for receiving the one or more samples ( 36 ), wherein the assembly is arranged to be movable at least in a plane parallel to the sample surface.

Method for optically scanning a sample ( 36 ), in which with a light source ( 42 ) an illumination light beam ( 32 ), the illumination light beam ( 32 ) by focusing optics ( 34 ) to a region of the sample to be examined ( 36 ) and in which the focusing optics ( 34 ) by means of an actuator according to a predetermined scanning pattern transverse to a central axis of the illumination light beam ( 32 ) in a reference position of the illumination light beam ( 32 ) is moved.

Method according to Claim 13, in which the illuminating light beam ( 32 ) is collimated by a Kollimationsoptik and in which the collimated illumination light beam ( 32 ) on the focusing optics ( 34 ).

Method according to one of Claims 13 or 14, in which the focusing optics ( 34 ) is moved in two spatial directions (x, y) or three spatial directions (x, y, z) according to the predetermined scanning pattern.

Method according to one of claims 14 or 15, in which with the collimated illumination light beam ( 32 ) the entire optically effective surface of the focusing optics ( 34 ) is illuminated.